Scalable Synthesis of a Porous Micro Si/Si-Ti Alloy Anode for Lithium-Ion Battery from Recovery of Titanium-Blast Furnace Slag

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作者
Yong Liu,Yanjun Zhong,Zhihua Zeng,Pan Zhang,Hao Zhang,Ziqiang Zhang,Fan Gao,Xiaodong Ma,Mauricio Terrones,Ye Wang,Yanqing Wang
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:15 (47): 54539-54549
标识
DOI:10.1021/acsami.3c13643
摘要

The extensive utilization of Si-anode-based lithium-ion batteries faces obstacles due to their substantial volume expansion, limited intrinsic conductivity, and low initial Coulombic efficiency (ICE). In this study, we present a straightforward, cost-effective, yet scalable method for producing a porous micro Si/Si-Ti alloy anode. This method utilizes titanium-blast furnace slag (TBFS) as a raw material and combines aluminothermic reduction with acid etching. By adjusting the Al:TBFS ratio, the specific surface area of the material can be facilely tailored, ranging from 25.89 to 43.23 m2 g-1, enhancing the ICE from 78.2 to 85.5%. The incorporation of the Si-Ti alloy skeleton and porous structure contributes to the enhanced cyclic stability (capacity retention from 50.7 to 96.9%) and conductivity (Rct from 107.7 to 76.6 Ω). The Si/Si-Ti anode exhibits excellent electrochemical performance, including delivering a specific capacity of 1161 mAh g-1 at 200 mA g-1 after 200 cycles and 1112 mAh g-1 at 500 mA g-1 after 100 cycles, with an improved ICE of 81.2%. This study introduces a successful methodology for designing novel Si anodes from recycling waste materials, providing valuable insights for future advancements in this area.
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